基于PBL的生物實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

摘要：對(duì)于初中生物實(shí)驗(yàn)而言，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)不足以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，為了凸顯學(xué)生的主體地位，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)顯得尤為重要。PBL教學(xué)策略旨在通過(guò)問(wèn)題開(kāi)展知識(shí)建構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升，結(jié)合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，順應(yīng)最新的課程理念。本文以“關(guān)注生物技術(shù)”課程群為側(cè)，對(duì)基于PBL的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新進(jìn)行探討，為初中生物實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供范式。

關(guān)鍵詞：PBL，初中生物；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）02-0050-04 中國(guó)分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

l前言

PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)策略的本質(zhì)是建構(gòu)核心問(wèn)題式學(xué)習(xí)，注重發(fā)揮學(xué)生的主體性。它旨在通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)放式思考，圍繞問(wèn)題展開(kāi)知識(shí)建構(gòu)，從而鍛煉學(xué)生的綜合能力。不同于傳統(tǒng)教學(xué)方法，PBL模式由學(xué)生掌握主導(dǎo)權(quán)，教師需要為學(xué)生的思考方向提供極大的空間，這意味著教師的教學(xué)方法和內(nèi)容要隨著學(xué)生的思維進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，對(duì)教師和學(xué)生的綜合素質(zhì)要求都比較高。

目前教育改革的新方向不再僅局限于知識(shí)的獲取與應(yīng)用，更有核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，體現(xiàn)了先進(jìn)的教學(xué)理念。初中生物學(xué)作為其他有關(guān)科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)，知識(shí)體系豐富，探究方法多樣，是開(kāi)展PBL模式的優(yōu)勢(shì)學(xué)科平臺(tái)。最新的課程理念是以核心素養(yǎng)為宗旨，設(shè)定綜合性學(xué)習(xí)主題，內(nèi)容聚焦于重要生物學(xué)概念，通過(guò)實(shí)踐探索銜接不同學(xué)段課程內(nèi)容，最終獲得多元化的學(xué)生評(píng)價(jià)。

2課程群建立

初中生物學(xué)內(nèi)容較為基礎(chǔ)，初中學(xué)段學(xué)生對(duì)生物世界的好奇心也非常強(qiáng)烈。但是，八年級(jí)的生物知識(shí)點(diǎn)積累過(guò)多，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于知識(shí)的拔高和拓展逐漸力不從心。為了改善這一現(xiàn)狀，教師在“關(guān)注生物技術(shù)”這一課中，結(jié)合社團(tuán)實(shí)踐課并采取PBL模式，給學(xué)生自主創(chuàng)作的空間。

現(xiàn)代生物技術(shù)涉及生活的方方面面，在學(xué)生眼里充滿了神秘感，并且實(shí)驗(yàn)豐富多樣，開(kāi)放性非常強(qiáng)，以此為參考點(diǎn)，課程設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

3課程實(shí)施

3.1基于PBL的情境

服裝業(yè)污染是目前世界上最主要的污染現(xiàn)象之一，減少服裝產(chǎn)業(yè)污染是亟待解決的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家發(fā)明了一種生物面料，這種面料是一種新型的生物材料。教師將這種面料拿出來(lái)，讓學(xué)生看一看、聞一聞、摸一摸，從而使學(xué)生形成對(duì)“新型生物面料”的初步判斷。通過(guò)簡(jiǎn)單的人項(xiàng)活動(dòng)，讓學(xué)生領(lǐng)略生物技術(shù)的魅力，同時(shí)引出問(wèn)題串（見(jiàn)圖2）。

通過(guò)對(duì)問(wèn)題串的討論，學(xué)生暢所欲言，最終結(jié)合七年級(jí)所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)總結(jié)出以下特征：生物體有一定結(jié)構(gòu)、生物體能夠由小長(zhǎng)大、生物體能夠進(jìn)行新陳代謝以及生物體能夠繁衍后代。根據(jù)這4個(gè)特征，教師進(jìn)行課堂教學(xué)規(guī)劃，聯(lián)合生物社團(tuán)實(shí)踐課建立了由3節(jié)課構(gòu)成的課程群，共同完成對(duì)“海寶”的探索。

3.2PBL課堂教學(xué)

3.2.1課程一

教師提問(wèn)：如何證明“海寶”有生物體的基本結(jié)構(gòu)？學(xué)生思考討論后給出方案：利用顯微鏡對(duì)“海寶”進(jìn)行觀察，并且為了確保觀察到“海寶”，分別使用“海寶”生活的液體環(huán)境（染色與未染色）、“海寶”切片進(jìn)行觀察。方案確定之后，教師指導(dǎo)全體同學(xué)復(fù)習(xí)顯微鏡的使用以及臨時(shí)玻片標(biāo)本的制作過(guò)程，之后讓學(xué)生分小組進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)探究。在針對(duì)“海寶”切片進(jìn)行觀察時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)無(wú)法把“海寶”切成很薄的薄片，導(dǎo)致觀察不清晰，因此采用了研磨的方式，并吸取“海寶”的碎片進(jìn)行觀察。本節(jié)課最終觀察結(jié)果如圖3。

觀察“海寶”生活的液體環(huán)境，發(fā)現(xiàn)很多類似細(xì)胞的“小點(diǎn)”，為了進(jìn)一步驗(yàn)證它們是否為細(xì)胞，同學(xué)們嘗試用碘液染色觀察，看這些“小點(diǎn)”是否有細(xì)胞核。經(jīng)過(guò)染色，學(xué)生確實(shí)觀察到被染色的特殊結(jié)構(gòu)，但經(jīng)過(guò)教師引導(dǎo)回憶，學(xué)生想到碘液不僅可以染色細(xì)胞核，也可以染色淀粉。而對(duì)“海寶”碎片進(jìn)行仔細(xì)觀察后，仍無(wú)法確定畫圈部分是否是細(xì)胞，所以無(wú)法確定“海寶”中是否有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的存在，需要進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)鑒定。

3.2.2課程二

教師提問(wèn)：如何證明“海寶”能夠由小長(zhǎng)大？學(xué)生討論后提出設(shè)想，假設(shè)“海寶”是微生物，那么是否可以采用培養(yǎng)微生物的方法培養(yǎng)“海寶”，從而觀察是否有由小長(zhǎng)大的過(guò)程。教師提前讓學(xué)生搜集培養(yǎng)微生物的資料，了解培養(yǎng)微生物的具體方法。學(xué)生經(jīng)過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)微生物需要絕對(duì)無(wú)菌的環(huán)境和培養(yǎng)箱，但所在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件不允許，因此教師借助了某大學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，幫助學(xué)生完成“海寶”的培養(yǎng)工作，并將圖4所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，展示給學(xué)生。教師采用了稀釋涂布平板法培養(yǎng)“海寶”，并將培養(yǎng)1天與稀釋后培養(yǎng)5天的“海寶”進(jìn)行對(duì)比觀察，發(fā)現(xiàn)“海寶”確實(shí)長(zhǎng)大了。但是學(xué)生經(jīng)過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示的是菌落，菌落由小變大并不能代表“海寶”本身由小變大，因此僅由光學(xué)顯微鏡無(wú)法觀察“海寶”由小長(zhǎng)大的過(guò)程，只能先繼續(xù)下一項(xiàng)探究：“海寶”能否進(jìn)行新陳代謝？

學(xué)生做出假設(shè)：如果“海寶”是微生物，那么可以進(jìn)行發(fā)酵等新陳代謝。而之前進(jìn)行過(guò)的發(fā)酵釀酒實(shí)驗(yàn)社團(tuán)課使得同學(xué)們對(duì)于發(fā)酵實(shí)驗(yàn)較為得心應(yīng)手。之前檢驗(yàn)發(fā)酵產(chǎn)生的氣體使用的是澄清石灰水，教師讓學(xué)生課前查閱資料，思考還可以用什么檢驗(yàn)發(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳。經(jīng)過(guò)激烈地討論，有學(xué)生提出可以使用溴麝香草酚藍(lán)溶液檢驗(yàn)二氧化碳，顏色變化為由藍(lán)變綠再變黃。還有小組討論提出可以在試管中進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，利用氣球套住試管口來(lái)收集發(fā)酵產(chǎn)生的氣體，操作更加簡(jiǎn)單便捷。實(shí)際操作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)氣球中的氣體很難精準(zhǔn)地通入溴麝香草酚藍(lán)溶液中，于是采用了針管抽取氣球中的氣體注射到檢測(cè)液中，觀察顏色變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“海寶”新陳代謝產(chǎn)物可以使溴麝香草酚藍(lán)溶液由藍(lán)變綠再變黃，因此其代謝產(chǎn)物是二氧化碳。學(xué)生共同討論交流，認(rèn)為“海寶”可以進(jìn)行新陳代謝，并且代謝產(chǎn)物是二氧化碳，和之前學(xué)習(xí)的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果極為相似。并且本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在試管液體表面有一層薄薄的膜，于是大膽猜測(cè)：“海寶”是某種微生物，新型生物面料是該微生物的發(fā)酵產(chǎn)物。

3.2.3課程三

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：生物體能夠繁衍后代。學(xué)生最初對(duì)繁衍后代的概念仍停留在受精卵層面，教師給學(xué)生展示資料，提示學(xué)生繁衍后代的類型有很多，最關(guān)鍵的因素是DNA的傳遞。學(xué)生由此進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，開(kāi)展激烈的討論，最終提出如果可以從“海寶”中提取出DNA，那么“海寶”就有繁殖后代的可能性。教師采納了學(xué)生的意見(jiàn)，給大家演示了如何從“海寶”中粗提DNA，并用二苯胺進(jìn)行檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)使用了裂解液、“海寶”碎塊、酒精、二苯胺、冰塊等材料。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①研磨“海寶”碎塊，將研磨液倒人試管中；②取5mL“海寶”研磨液，加入5mL裂解液，振蕩混勻；③沿試管壁向混合液中緩緩倒人冷酒精，靜待分層；④緩慢吸出分層液中析出的DNA，加入二苯胺，進(jìn)行沸水??；⑤比較沸水浴前后的顏色變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為二苯胺呈現(xiàn)淺藍(lán)色。由此得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：“海寶”有DNA，可能能夠繁衍后代。在實(shí)驗(yàn)演示期間，很多學(xué)生都對(duì)DNA產(chǎn)生了極大的好奇心，于是教師布置課后任務(wù)：查閱資料，了解裂解液原理，并思考身邊有什么可以代替裂解液？經(jīng)過(guò)大家的討論，有人提出洗手液可以代替裂解液，還有人認(rèn)為洗潔精可以替代裂解液。班級(jí)分為多個(gè)小組，每小組分別選取一種可以替代裂解液的溶液，課后完成對(duì)草莓或者口腔的DNA粗提實(shí)驗(yàn)。其中，用洗潔精裂解細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)取得了成功，獲得了草莓的DNA。

3.2.4課程群總結(jié)

學(xué)生針對(duì)“海寶”是否是生物的問(wèn)題進(jìn)行了三節(jié)課的實(shí)驗(yàn)探究，其中涉及的生物技術(shù)包含顯微鏡觀察、微生物培養(yǎng)、微生物發(fā)酵和粗提DNA。以上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了“海寶”是生物，并猜測(cè)其可能是單細(xì)胞生物。

根據(jù)教師提供的資料，學(xué)生對(duì)課程二無(wú)法得出“海寶”能夠由小長(zhǎng)大進(jìn)行了反思：“海寶”又名紅茶菌，其實(shí)是酵母菌、乳酸菌和醋酸菌的共生物，而酵母菌、乳酸菌和醋酸菌均為單細(xì)胞生物，因此很難觀察到其由小長(zhǎng)大的過(guò)程。經(jīng)過(guò)總結(jié)，完整的課程群可以得到最終的結(jié)論；新型生物面料實(shí)際上是由多種微生物發(fā)酵而成的。

3.3PBL評(píng)價(jià)

課程群完成后，根據(jù)學(xué)生在PBL課程群完整過(guò)程中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方式包括自評(píng)與互評(píng)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括學(xué)生的整體表現(xiàn)、課前與課后的資料收集、課中的參與度等（見(jiàn)表1）。

4結(jié)語(yǔ)

“關(guān)注生物技術(shù)”作為PBL實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新課程的首次嘗試，以課程群為架構(gòu)，結(jié)構(gòu)靈動(dòng)，將初中七、八年級(jí)的生物知識(shí)進(jìn)行了串聯(lián)，以學(xué)生為主體，不斷促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步探究，內(nèi)容具有可開(kāi)發(fā)性，并且拉近了生物技術(shù)與生活的聯(lián)系。但是在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，教師發(fā)現(xiàn)課程群模式周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)把握不夠精準(zhǔn)，使得學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)討論時(shí)思考不夠深入，對(duì)學(xué)生的綜合能力要求也比較高。

隨著教育改革的推進(jìn)，拓展創(chuàng)新教育的覆蓋面、提高育人成效顯得尤為重要。PBL模式的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新符合《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中所提出的關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)，并且有利于學(xué)生在更多的實(shí)踐參與中培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提升科學(xué)思維，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。因此，基于PBL模式的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探索與實(shí)踐在方法、路徑上可做更大范圍的推廣。